(57)【要約】【課題】汎用化した推定式を用いてインマニガス温度を推定することが可能なガス温度推定装置を提供する。【解決手段】実測インマニガス温度Ｔbrと推定インマニガス温度Ｔb’との比［Ｔbr／Ｔb’］つまりインマニでの受放熱を［Ｔb’−水温］の関数で整理することにより得られた汎用式［Ｔb＝Ｔb’×ｆ（Ｔb’−水温）］を用いてインマニガス温度を推定することで、作業の簡略化やコストの低減化を図る。そして、そのインマニガス温度の推定値と、インマニ温度センサによる実測値との温度差が所定の判定値よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定する。【選択図】図１０
2013221444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気をインテークマニホールドを通じて燃焼室に導入する内燃機関に適用されるガス温度推定装置であって、
エネルギ保存則に基づいて求められたインテークマニホールドガス温度Ｔb’、及び、前記内燃機関の冷却水の水温を用いて、以下の式（５）によって、推定インテークマニホールドガス温度Ｔbを推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Ｔb＝Ｔb’×ｆ（Ｔb’−水温）  ・・・（５）
ただし、ｆ（Ｔb’−水温）：実験またはシミュレーションにより求められた関数
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関のガス温度推定装置において、
前記式（５）の関数ｆ（Ｔ４−水温）の［Ｔ４−水温］を、［Ｔ４−水温＝Ｔd］とすると、以下の式（６）によって、推定インテークマニホールドガス温度を推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Ｔb／Ｔb’＝ａ×Ｔd3＋ｂ×Ｔd2＋ｃ×Ｔd＋ｄ  ・・・（６）
ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ：定数
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関のガス温度推定装置において、
前記式（５）の関数ｆ（Ｔ４−水温）の［Ｔ４−水温］を、［Ｔ４−水温＝Ｔd］とすると、以下の式（７）によって、推定インテークマニホールドガス温度を推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Ｔb／Ｔb’＝Ａ×Ｔd＋Ｂ  ・・・（７）
ただし、Ａ，Ｂ：定数
【請求項４】
吸入空気をインテークマニホールドを通じて燃焼室に導入する内燃機関において、前記インテークマニホールド内のガス温度を検出する温度センサの故障診断装置であって、
前記温度センサにて検出された温度実測値と、請求項１〜３のいずれか１つに記載のガス温度推定装置によって推定されたインテークマニホールドガス温度との温度差の絶対値が、所定の判定値よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定することを特徴とする故障診断装置。
【請求項５】
吸入空気をインテークマニホールドを通じて燃焼室に導入する内燃機関に適用される故障診断装置であって、
請求項４記載の故障診断装置により前記温度センサが正常であると判定された場合、その温度センサによる温度実測値に基づいて、当該内燃機関が備えているターボチャージャの過給圧を検出する圧力センサが故障しているか否かを判定することを特徴とする故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のガス温度推定装置に関し、さらに詳しくは、インテークマニホールド内のガス温度（以下、インマニガス温度ともいう）を推定するガス温度推定装置、及び、センサの故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンともいう）にあっては、燃焼状態を適正に制御するために、例えば、燃焼室に吸入される吸入空気の温度（インマニガス温度）を推定する必要がある。
【０００３】
また、車両等に搭載される内燃機関においては、排気エミッション等の改善を目的として、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えたものが知られている。このようなＥＧＲ装置を備えたエンジンでは、新気ガスとＥＧＲガスとの混合後のガス温度（インマニガス温度）を、エネルギ保存則に基づいて算出（推定）している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９７６０９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２６３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の如く、エネルギ保存則に基づいて新気ガスとＥＧＲガスとの混合後のガス温度（インマニガス温度）は推定可能であるが、このような推定処理では、インテークマニホールドでの受放熱（インマニでの受放熱）はゼロとしている。インマニガス温度を精度良く推定するには、インマニでの受放熱を考慮する必要があるが、その受放熱の推定手法は汎用化することが難しいため、従来では、ハード毎（例えばエンジンの排気量毎）に個別に適合したマップを用いて算出しており、その適合に多くの工数やコストを要していた。
【０００６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関のハード諸元に関係なく汎用化した推定式を用いてインマニガス温度を推定することが可能な内燃機関のガス温度推定装置、及び、センサの故障診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた発明の解決原理は、実測インマニガス温度Ｔbrと推定インマニガス温度Ｔb’との比［Ｔbr／Ｔb’］を、［Ｔb’−水温］の関数で整理することにより得られた汎用式（推定式）を用いて、インマニガス温度を推定するようにしている。また、そのようにして推定した推定インマニガス温度を用いてインマニ温度センサ等の故障診断を行うようにしている。
【０００８】
−解決手段−
具体的に、本発明は、吸入空気をインテークマニホールドを通じて燃焼室に導入する内燃機関に適用されるガス温度推定装置を前提としている。そして、このようなガス温度推定装置において、エネルギ保存則に基づいて求められたインテークマニホールドガス温度Ｔb’、及び、前記内燃機関の冷却水の水温を用いて、以下の式（５）によって、推定インテークマニホールドガス温度Ｔbを推定することを特徴としている。
【０００９】
Ｔb＝Ｔb’×ｆ（Ｔb’−水温）  ・・・（５）
ただし、ｆ（Ｔb’−水温）：実験またはシミュレーションにより求められた関数
なお、上記式（５）のＴｂ’（エネルギ保存則に基づくインマニガス温度）は、以下の式（１）によって算出することができる。
【００１０】
Ｔb’＝(Ｇn×Ｃpa×Ｔa＋Ｇegr×Ｃpe×Ｔegr)／(Ｇn×Ｃpa＋Ｇegr×Ｃpe)  ・・・（１）
ただし、Ｇn：新気ガス量、Ｃpa：新気ガス比熱、Ｔa：新気ガス温度、Ｇegr：ＥＧＲガス量、Ｃpe：ＥＧＲガス比熱、Ｔegr：ＥＧＲガス温度
本発明によれば、実測インマニガス温度Ｔbrと推定インマニガス温度Ｔb’との比［Ｔbr／Ｔb’］つまりインマニでの受放熱を［Ｔb’−水温］の関数で整理することにより得られた汎用式（推定式）を用いて、インマニガス温度を推定しているので、インマニでの受放熱をハード毎（例えばエンジンの排気量毎）に個別に適合する必要がなくなり、作業の簡略化やコストの低減化を図ることができる。
【００１１】
ここで、インマニガス温度Ｔbを推定する推定式については、インテークマニホールドの形状や使用範囲などに応じて関数を選択することができる。
【００１２】
例えば、上記式（５）の関数ｆ（Ｔb’−水温）の［Ｔb’−水温］を［Ｔb’−水温＝Ｔd］とし、関数ｆ（Ｔb’−水温）を３次関数の式とすると、以下の式（６）を導き出すことができ、この式（６）によってインマニガス温度Ｔbの推定値を算出することができる。
【００１３】
Ｔb／Ｔb’＝ａ×Ｔd3＋ｂ×Ｔd2＋ｃ×Ｔd＋ｄ  ・・・（６）
ただし、式（６）のａ，ｂ，ｃ，ｄは、実験またはシミュレーションによって求められた定数である。
【００１４】
また、上記式（５）の関数ｆ（Ｔb’−水温）の［Ｔb’−水温］を［Ｔb’−水温＝Ｔd］とし、関数ｆ（Ｔb’−水温）を１次関数の式とすると、以下の式（７）を導き出すことができ、この式（７）によってインマニガス温度Ｔbの推定値を算出することができる。
【００１５】
Ｔb／Ｔb’＝Ａ×Ｔd＋Ｂ  ・・・（７）
ただし、式（７）のＡ，Ｂは、実験またはシミュレーションによって求められた定数である。
【００１６】
本発明において、インテークマニホールド内のガス温度を検出する温度センサ（インマニ温度センサ）を備えている場合、上記式（５）〜式（７）のいずれか１つの式を用いて推定したインマニガス温度（推定値）を利用して上記温度センサの故障診断を行う装置を構成してもよい。この場合、具体的には、温度センサにて検出されたインマニガス温度の実測値と、上記式（５）〜式（７）のいずれか１つの式を用いて推定したインマニガス温度（推定値）との温度差の絶対値を求め、その温度差の絶対値が所定の判定値（正常判定基準値）よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定するという構成を挙げることができる。
【００１７】
また、このような故障診断装置によりインマニ温度センサが正常であると判定された場合、そのインマニ温度センサによる温度実測値に基づいて、当該内燃機関が備えているターボチャージャの過給圧を検出する圧力センサが故障しているか否かを判定する故障診断装置を構成してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インマニガス温度を推定する推定式を汎用化しているので、その推定式を作成する作業の簡略化やコストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用するエンジン及びその制御系の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】インマニガス温度の推定に用いるモデル（受放熱＝０とした系）を示す図である。
【図５】実測インマニガス温度Ｔbrと推定インマニガス温度Ｔb’との関係を示す図である。
【図６】インマニガス温度の推定に用いるモデル（水温による受放熱のある系）を示す図である。
【図７】［Ｔb’−水温］と［Ｔbr／Ｔb’］との関係を示す図である。
【図８】インマニガス温度の実測値とインマニガス温度の推定値との関係を示す図である。
【図９】［Ｔb’−水温］と［Ｔbr／Ｔb’］との関係を示す図である。
【図１０】センサ故障診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】コンプレッサの前後の状態を示すモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態は、車両に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明を適用した場合について説明する。
【００２２】
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００２４】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えて構成されている。
【００２５】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３・・２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００２６】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続されるインテークマニホールド６３を備え、このインテークマニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気温度センサ３１、後述するターボチャージャ５のコンプレッサインペラ５３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２などが配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。
【００２７】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続されるエキゾーストマニホールド７２を備え、このエキゾーストマニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３が接続されている。また、この排気通路には、後述するターボチャージャ５のタービンホイール５２、及び、排気浄化ユニット７７などが配設されている。
【００２８】
排気浄化ユニット７７には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ触媒(排気浄化触媒)７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７６が備えられている。なお、排気浄化ユニット７７としてＤＰＮＲ触媒を適用してもよい。
【００２９】
上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。
【００３０】
また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体からなり、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）を捕集するようになっている。また、このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００３１】
ここで、エンジン１の燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を参照して説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００３２】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００３３】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
【００３４】
また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００３５】
上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａ及び上記排気ポート７１がそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。
【００３６】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサインペラ５３を備えている。コンプレッサインペラ５３は吸気管（吸気通路）６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管（排気通路）７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させ、吸気圧を高めるといった、いわゆる過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００３７】
ターボチャージャ５のタービンホイール５２はタービンハウジング５２ａ内に収容されており、また、コンプレッサインペラ５３はコンプレッサハウジング５３ａ内に収容されている。そして、タービンホイール５２、タービンハウジング５２ａ及び可変ノズルベーン機構などによってタービン５２０が構成されており、また、コンプレッサインペラ５３及びコンプレッサハウジング５３ａなどによってコンプレッサ５３０が構成されている。
【００３８】
吸気系６の吸気管６４（コンプレッサ５３０の吸気流れの下流側の吸気通路）には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。
【００３９】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ生成量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路８を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。なお、ＥＧＲ装置としては、上記ＥＧＲクーラ８２を備えていない構成のものであってもよい。
【００４０】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００４１】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、インテークマニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸入空気温度センサ４９は、ターボチャージャ５のコンプレッサ５３０の吸気流れの上流側に配置され、エアクリーナ６５を通過した空気の温度（新気ガスの温度）に応じた検出信号を出力する。
【００４２】
Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂは、ＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。排気温センサ４５ａ，４５ｂは、同じくＮＳＲ触媒７５の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。
【００４３】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。
【００４４】
図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸入空気温度センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００４５】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１、及び、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。
【００４６】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００４７】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００４８】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。
【００４９】
上記メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数（エンジン回転速度）、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数；エンジン回転速度）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
【００５０】
具体的な燃料噴射形態の一例としては、ピストン１３が圧縮上死点に達する前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００５１】
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。なお、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００５２】
なお、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知である。特に、ポスト噴射は、ＮＯｘ還元処理、Ｓ被毒回復制御、ＤＰＦ再生処理に利用される。
【００５３】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度（開度＝０（閉鎖）の場合も含む）を制御し、インテークマニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて上記ＲＯＭに記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。このＥＧＲマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。
【００５４】
また、ＥＣＵ１００は、後述するインマニガス温度の推定を行う。さらに、その推定したインマニガス温度に基づいて、後述するインマニ温度センサの故障診断を行い、さらに圧力センサの故障診断を行う。
【００５５】
以上のＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって、本発明のガス温度推定装置及び故障診断装置が実現される。
【００５６】
−インマニガス温度の推定−
次に、本実施形態の特徴部分である、インマニガス温度を推定する手法について以下に説明する。
【００５７】
まず、インマニガス温度の推定モデルとして、図４に示すように、受放熱のない系（受放熱＝０）を考えると、エネルギ保存則により、インマニガス温度Ｔｂ’は、以下の式（１）によって算出することができる。
【００５８】
Ｔb’＝(Ｇn×Ｃpa×Ｔa＋Ｇegr×Ｃpe×Ｔegr)／(Ｇn×Ｃpa＋Ｇegr×Ｃpe)  ・・・（１）
ただし、Ｇn：新気ガス量、Ｃpa：新気ガス比熱、Ｔa：新気ガス温度、Ｇegr：ＥＧＲガス量、Ｃpe：ＥＧＲガス比熱、Ｔegr：ＥＧＲガス温度
ここで、上記式（１）で推定した推定インマニガス温度Ｔｂ’と、インマニ温度センサを用いて実測した実測インマニガス温度Ｔbrとを比較したところ、図５に示す結果が得られた。この図５の結果から判るように、所定の水温（例えば、８２℃）で受熱と放熱とが切り替わる。つまり、所定の水温（８２℃）以下の領域では、上記した式（１）で推定した推定インマニガス温度Ｔｂ’が実測インマニガス温度Ｔbrよりも低い値となり（受熱側となり）、所定の水温（８２℃）よりも大きい領域では、推定インマニガス温度Ｔｂ’が実測インマニガス温度Ｔbrよりも高い値となる（放熱側となる）。このため、インマニでの受放熱を考慮する必要がある。
【００５９】
そこで、本実施形態では、図６に示すような系、つまり水温による受放熱がある系を考えて、インマニガス温度を推定する推定式を決定する。その具体的な手法について以下に説明する。
【００６０】
まず、図７に示すように、受放熱［Ｔbr／Ｔb’］を縦軸、［Ｔb’−水温］を横軸にとって整理を行い、インテークマニホールド６３での水温による受放熱［Ｔbr／Ｔb’］を１つの諸元で実験式化し、さらに他機種へと展開したところ、実用領域においては汎用化が可能であることを見出した。そこで、汎用性のある推定式（インマニガス温度推定式）を得るべく、図７の実線（３次曲線）を実験式化して下記の式（２）を導き出した。なお、図７は、［Ｔbr／Ｔb’］と［Ｔb’−水温］との関係を実験・シミュレーション等によって取得した結果を近似した近似線を描いたグラフである。
【００６１】
Ｔbr／Ｔb’＝ｆ（Ｔb’−水温）  ・・・（２）
この式（２）をＴbrについて解くと、下記の式（３）となる。
【００６２】
Ｔbr＝Ｔb’×ｆ（Ｔb’−水温）  ・・・（３）
ここで、図６における受放熱を考慮した系のインマニガス温度Ｔbは、
Ｔbr≒Ｔb  ・・・（４）
であるから、上記式（３）及び上記式（４）から、インマニ温度Ｔbは、以下の式（５）で表すことができ、この式（５）によってインマニ温度Ｔbの推定値を算出することができる。
【００６３】
Ｔb＝Ｔb’×ｆ（Ｔb’−水温）  ・・・（５）
この式（５）の関数ｆ（Ｔb’−水温）つまり図７の３次関数は実験またはシミュレーションによって決定される。また、この関数ｆ（Ｔb’−水温）を含む上記式（５）はＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。
【００６４】
そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転時において、新気ガス量Ｇn、新気ガス温度Ｔa、ＥＧＲガス量Ｇegr、ＥＧＲガス温度Ｔegrを取得し、その取得した各値を用いて上記式（１）によってインマニガス温度Ｔｂ’を算出する。さらに、水温センサ４６の出力信号から水温を算出し、この水温（実測値）及び上記インマニガス温度Ｔｂ’（算出値）を用いて、上記式（５）からインマニガス温度Ｔbを算出（推定）する。
【００６５】
なお、インマニガス温度Ｔｂ’の算出に用いる新気ガス量Ｇnは、エアフローメータ４３の出力信号から得ることができ、新気ガス温度Ｔaは吸入空気温度センサ４９の出力信号から得ることができる。また、ＥＧＲガス量Ｇegrは、ＥＧＲバルブ８１の開度指令値及び排気ガス量等から得ることができる。また、ＥＧＲガス温度Ｔegrについては、ＥＧＲ通路８の出口付近に温度センサを配置し、その温度センサの出力信号から得るようにしてもよいし、推定値を用いてもよい。
【００６６】
ここで、本発明の発明者らは、上記式（５）の汎用性を確認するために、多数の機種のエンジン（例えば２〜３Ｌの範囲で排気量が異なる多数のエンジン）について、上記式（５）を用いてインマニガス温度Ｔbを推定した。また、その各機種のエンジンについて、インマニガス温度をセンサにて実測した。これらインマニガス温度Ｔbの推定値と実測値との関係を図８に示す。この図８から明らかなように、インマニガス温度Ｔbの推定値とインマニガス温度の実測値とがほぼ一致しており、これにより、実用的な範囲では、インテークマニホールド６３の形状や、エンジン１の機種などに関係なく、上記式（５）を、インマニガス温度を推定する汎用式として使用可能であることが確認できた。また、図８から、センサ故障領域についても、インテークマニホールド６３の形状等に依存せずに、精度良く設定することが可能であることが確認できた。
【００６７】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、実測インマニガス温度Ｔbrと推定インマニガス温度Ｔb’との比［Ｔbr／Ｔb’］つまりインマニでの受放熱を［Ｔb’−水温］の関数で整理することにより得られた汎用式（推定式）を用いて、インマニガス温度を推定しているので、インマニでの受放熱をハード毎（例えばエンジンの排気量毎）に個別に適合する必要がなくなり、作業の簡略化やコストの低減化を図ることができる。
【００６８】
（変形例１）
インマニガス温度Ｔbを推定する推定式については、インテークマニホールド６３の形状や使用範囲などに応じて関数を選択することができる。
【００６９】
例えば、上記式（５）の関数ｆ（Ｔb’−水温）の［Ｔb’−水温］を［Ｔb’−水温＝Ｔd］とし、図７に示す実線を３次関数で近似すると、インマニガス温度Ｔbは以下の式（６）で表すことができ、この式（６）によってインマニガス温度Ｔbの推定値を算出することができる。
【００７０】
Ｔb／Ｔb’＝ａ×Ｔd3＋ｂ×Ｔd2＋ｃ×Ｔd＋ｄ  ・・・（６）
ここで、式（６）のａ，ｂ，ｃ，ｄは定数であって、上記した［Ｔbr／Ｔb’］と［Ｔb’−水温］との関係を実験・シミュレーション等によって取得した結果に基づいて適合した値を設定する。
【００７１】
（変形例２）
また、例えば、図９に示すように、推定式の使用範囲を限定すると、図９に示す非線形のもの（実線）を、同図の破線で示すような線形化（１次関数化）して扱うことも可能である。この場合も、上記式（５）の関数ｆ（Ｔb’−水温）の［Ｔb’−水温］を［Ｔb’−水温＝Ｔd］とすると、インマニガス温度Ｔbは、以下の式（７）で表すことができ、この式（７）によってインマニガス温度Ｔbの推定値を算出することができる。
【００７２】
Ｔb／Ｔb’＝Ａ×Ｔd＋Ｂ  ・・・（７）
ただし、Ａ，Ｂ：定数
ここで、式（７）の定数Ａ，Ｂは、図９の破線で示す直線（１次関数）の傾き［Ａ］と切片［Ｂ］であって、実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。
【００７３】
−センサ故障診断−
以上のように、本実施形態にあっては、インマニガス温度を推定することが可能であるので、インマニ温度センサを備えている場合、そのインマニ温度センサの故障診断を行うことができる。また、インマニ温度センサが正常である場合、そのインマニ温度センサにて検出されたインマニガス温度実測値を用いて、ターボチャージャ５の過給圧（コンプレッサ後圧力）を検出する圧力センサの故障判定も行うことができる。
【００７４】
その具体的な処理（センサ故障診断処理）の一例について、図１０のフローチャートを参照して説明する。この図１０の処理ルーチンはＥＣＵ１００において所定時間（例えば、数ｍｓｅｃ）毎に繰り返して実行される。
【００７５】
まず、ステップＳＴ１０１において、インマニガス温度Ｔbを推定する。具体的には、上述したように、新気ガス量Ｇn、新気ガス温度Ｔa、ＥＧＲガス量Ｇegr、ＥＧＲガス温度Ｔegrを取得し、その取得した各値を用いて上記式（１）によってインマニガス温度Ｔｂ’を算出する。さらに、水温センサ４６の出力信号から水温を算出し、この水温（実測値）及び上記インマニガス温度Ｔｂ’（算出値）を用いて上記式（５）からインマニガス温度Ｔbを算出（推定）する。なお、上記式（６）または式（７）を用いてインマニガス温度Ｔbを算出（推定）するようにしてもよい。
【００７６】
次に、ステップＳＴ１０２において、上記インマニ温度センサの出力信号からインマニガス温度（実測値）を検出する。
【００７７】
ステップＳＴ１０３では、上記ステップＳＴ１０２で検出した実測インマニガス温度と、上記ステップＳＴ１０１で推定した推定インマニガス温度Ｔbとの温度差（絶対値）ΔＴを算出する（ΔＴ＝｜実測インマニガス温度−推定Ｔb｜）。
【００７８】
ステップＳＴ１０４では、上記ステップＳＴ１０３で算出した温度差（絶対値）ΔＴが所定の正常判定基準値Ｔ０以下であるか否かを判定する。このステップＳＴ１０４の判定処理に用いる正常判定基準値Ｔ０については、例えば、図８に示すセンサ故障領域を考慮して実験・シミュレーション等によって適合した値を設定する。なお、正常判定基準値Ｔ０については、インマニ温度センサが正常である場合の上記温度差ΔＴ（｜インマニガス温度−推定Ｔb｜）の許容範囲（正常範囲）を、センサばらつき等を考慮して実験・シミュレーション等によって取得しておき、その結果を基に適合した値を設定するようにしてもよい。
【００７９】
そして、上記ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［ΔＴ≦Ｔ０］である場合）は、インマニ温度センサは正常であると判断してステップＳＴ１１１に進む。
【００８０】
一方、ステップＳＴ１０４の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合、つまり、実測インマニガス温度と推定インマニガス温度Ｔｓとの温度差ΔＴが正常判定基準値Ｔ０よりも大きい（ΔＴ＞Ｔ０）場合は、インマニ温度センサに故障が生じていると判断（診断）する（ステップＳＴ１０５）。この場合、例えば、車室内のメータパネル上のＭＩＬ（Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ  Ｌａｍｐ；警告ランプ）を点灯させてユーザ（運転者）に警告を促すとともに、上記ＥＣＵ１００に備えられたダイアグノーシスに異常情報を書き込む。
【００８１】
上記ステップＳＴ１０４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［ΔＴ≦Ｔ０］である場合）は、ステップＳＴ１１１においてターボチャージャ５の過給圧を推定する。その過給圧の推定処理については後述する。
【００８２】
次に、ステップＳＴ１１２において、上記圧力センサの出力信号から実測過給圧を検出する。
【００８３】
ステップＳＴ１１３では、上記ステップＳＴ１１２で検出した実測過給圧と、上記ステップＳＴ１１１で推定した推定過給圧との圧力差（絶対値）ΔＰを算出する（ΔＰ＝｜実測過給圧−推定過給圧｜）。
【００８４】
ステップＳＴ１１４では、上記ステップＳＴ１１３で算出した圧力差（絶対値）ΔＰが所定の正常判定基準値Ｐ０以下であるか否かを判定する。このステップＳＴ１１４の判定処理に用いる正常判定基準値Ｐ０については、圧力センサが正常である場合の上記圧力差ΔＰ（｜実測過給圧−推定過給圧｜）の許容範囲（正常範囲）を、センサばらつき等を考慮して実験・シミュレーション等によって取得しておき、その結果を基に適合した値を設定する。
【００８５】
そして、上記ステップＳＴ１１４の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（［ΔＰ≦Ｐ０］である場合）は、過給圧（コンプレッサ後圧力）を検出する圧力センサは正常であると判断する（ステップＳＴ１１５）。
【００８６】
一方、ステップＳＴ１１４の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合、つまり、過給圧（実測値）と推定吸気圧との圧力差ΔＰが正常判定基準値Ｐ０よりも大きい（ΔＰ＞Ｐ０）場合は、圧力センサに故障が生じていると判断（診断）する（ステップＳＴ１１６）。この場合、例えば、車室内のメータパネル上のＭＩＬを点灯させてユーザ（運転者）に警告を促すとともに、上記ＥＣＵ１００に備えられたダイアグノーシスに異常情報を書き込む。
【００８７】
（過給圧推定）
次に、ターボチャージャの過給圧を推定する処理について説明する。
【００８８】
まず、図１１に示すモデル（コンプレッサ前後の状態を示すモデル）において、コンプレッサ入口温度をＴin、コンプレッサ出口温度Ｔoutとすると、その両者の温度差ΔＴcmpは［ΔＴcmp＝Ｔout−Ｔin］となり、Ｔout＝Ｔin＋ΔＴcmpとなる。また、コンプレッサ入口圧力（コンプレッサ前圧力）をＰin、コンプレッサ出口圧力（コンプレッサ後圧力）をＰoutとすると、ΔＴcmpは、
【００８９】
【数１】
2013221444.tif 000003
【００９０】
と表すことができる。ただし、ηc：コンプレッサ効率  κ：空気の比熱比
次に、上記コンプレッサ前圧力Ｐin及びコンプレッサ後圧力Ｐoutを、それぞれ、コンプレッサ前圧力Ｐin≒大気圧、コンプレッサ後圧力Ｐout≒過給圧と定義すると、上記式（８）は以下の式（９）で表すことができる。
【００９１】
【数２】
2013221444.tif 000004
【００９２】
そして、上記式（９）の右辺の過給圧((κ-1)/κ)について、［筒内ガス量／排気量］で整理すると、ハード諸元によらず線形化することができる。その線形関係を数式で表すと、
【００９３】
【数３】
2013221444.tif 000005
【００９４】
となり、この式（１０）から過給圧の推定値を算出することができる。
【００９５】
ここで、式（１０）において、Ｃ，Ｄは、実験またはシミュレーションによって求められた定数である。また、比熱比κは固定値（実用領域での平均値：κ＝１．３９５）とする。なお、上記式（１０）及び、その式（１０）の各定数Ｃ，Ｄ、比熱比κ、及び、エンジン１の排気量は、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。
【００９６】
そして、ＥＣＵ１００は、上記図１０の処理ルーチンのステップＳＴ１１１を実行する際に、エンジン運転状態に基づいて充填効率を求めて筒内ガス量を算出し、この筒内ガス量を用いて、上記式（１０）から過給圧を算出（推定）する。
【００９７】
なお、上記過給圧の推定に用いる充填効率については、クランクポジションセンサ４０の出力信号から算出されるエンジン回転数（回転速度）、及び、エアフローメータ４３の出力信号から算出される吸入空気量に基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成されたマップ（エンジン回転数及び吸入空気量と充填効率とを規定したマップ）を参照して求めることができる。また、筒内ガス量は、インマニガス温度Ｔbと充填効率とに相関関係があるので、その関係を規定するマップ（実験・シミュレーション等によって作成）を用いてインマニガス温度Ｔb及び充填効率から筒内ガス量を求めることができる。なお、インマニガス温度Ｔbについては、上記した式（１）から算出することができる。
【００９８】
−他の実施形態−
以上の例では、車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンの温度推定・温度センサ故障診断に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンのガス温度推定・センサ故障診断にも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【００９９】
以上の例では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンのガス温度推定・センサ故障診断への適用も可能である。
【０１００】
また、本発明は、ディーゼルエンジンに限られることなく、ガソリンエンジンのガス温度推定・センサ故障診断にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、内燃機関のガス温度推定装置及び故障診断装置に利用可能であり、さらに詳しくは、インテークマニホールド内のガス温度を推定するガス温度推定装置及び故障診断装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  エンジン
４３  エアフローメータ
４６  水温センサ
４９  吸入空気温度センサ
６  吸気系
６３  インテークマニホールド
７  排気系
７２  エキゾーストマニホールド
８  ＥＧＲ通路
８１  ＥＧＲバルブ
１００  ＥＣＵ
【図１】
2013221444.tif 000006
【図２】
2013221444.tif 000007
【図３】
2013221444.tif 000008
【図４】
2013221444.tif 000009
【図５】
2013221444.tif 000010
【図６】
2013221444.tif 000011
【図７】
2013221444.tif 000012
【図８】
2013221444.tif 000013
【図９】
2013221444.tif 000014
【図１０】
2013221444.tif 000015
【図１１】
2013221444.tif 000016